一种墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥

摘要

本实用新型提供一种墩顶UHPC‑NC组合结构UHPC连续箱梁桥，包括UHPC‑NC组合箱梁节段、UHPC箱梁节段、以及在纵向采用全体外预应力或部分体外预应力的预应力体系，所述UHPC‑NC组合箱梁节段包括预制结构的UHPC底板和支撑于所述UHPC底板的现浇结构NC箱梁，所述UHPC‑NC组合箱梁节段位于支座墩顶区域，其长度为4～12米，所述UHPC箱梁节段位于除UHPC‑NC组合箱梁节段以外的区域。本实用新型提供的墩顶UHPC‑NC组合结构UHPC连续箱梁桥，在墩顶采用UHPC‑NC组合结构，其余区域采用UHPC箱梁结构，结构简单、自重较轻、经济性好，能有效遏制主跨下挠和梁体开裂，同时又便于装配化施工和增加混凝土梁桥的跨越能力。

说明书

技术领域

本实用新型涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥。

背景技术

预应力混凝土连续箱梁桥具有受力良好、施工简便、经济性好等优点，在桥梁领域中得到了广泛的应用。但在服役过程中，由于普通混凝土(NC)的抗拉强度极低，加之车辆荷载的反复作用及超载作用，传统预应力混凝土箱梁桥易出现梁体开裂，降低结构耐久性；此外，连续梁墩顶梁段在负弯矩的作用下，梁顶压应力小而梁底压应力大，而普通混凝土(NC)收缩徐变大，这使得桥梁在服役过程中不可避免地出现主跨下挠的问题。因此，受限于NC本身的材料性能，传统预应力混凝土梁桥跨越能力难以进一步提升。

超高性能混凝土(UHPC)具有高强度、高延性、高耐久性和低徐变(UHPC徐变系数约为NC的15％)等优点。基于UHPC优异的力学性能，UHPC板件尺寸可大幅减薄，进而显著降低结构自重并提升结构跨越能力，在大跨桥梁中有较大的应用潜力。因此，将UHPC材料应用于急需减轻结构自重的大跨梁桥，既能充分发挥UHPC材料的优异性能，又具有良好的经济性，是UHPC桥梁研究及应用的重要研究方向。

现有技术中既有采用全预应力UHPC箱梁结构的桥梁体系，也有墩顶采用UHPC-NC结构的桥梁体系，但在实际工程应用中，这些桥梁体系均有各自的缺点和不足。

对于全预应力UHPC箱梁结构，其在墩顶需要设置厚重的横隔板构造来抵抗支座或桥墩局部压力，导致墩顶箱梁节段体积及自重较大，这对安装墩顶节段对吊装设备有较高的要求，不利于装配化施工。同时，厚重的墩顶UHPC箱梁节段不仅无法充分发挥UHPC高强的力学性能，还在一定程度上增加整体的造价。此外，墩顶梁段的自重由支座和桥墩直接承担，对主梁内力几乎无影响。因此，无论从受力角度还是从经济性方面考虑，墩顶箱梁节段无需全部采用UHPC材料。

对于墩顶采用UHPC-NC结构的桥梁体系，其全桥包括PC箱梁节段、UHPC箱梁节段和UHPC-NC组合箱梁节段，PC箱梁节段和更多的UHPC-NC组合箱梁节段不仅增加施工步骤、降低施工质量，还在一定程度上提高了结构梁体开裂的风险。因此，除墩顶节段外的箱梁节段有必要全部采用UHPC材料和预制拼装的施工方法，缩短施工周期，降低桥梁主体开裂风险。

鉴于此，有必要提供一种新的桥梁结构解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥，在墩顶采用UHPC-NC组合结构，其余区域采用UHPC箱梁结构，结构简单、自重较轻、经济性好，能有效遏制主跨下挠和梁体开裂，同时又便于装配化施工和增加混凝土梁桥的跨越能力。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥，包括UHPC-NC组合箱梁节段、UHPC箱梁节段、以及在纵向采用全体外预应力或部分体外预应力的预应力体系，所述UHPC-NC组合箱梁节段包括预制结构的UHPC底板和支撑于所述UHPC底板的现浇结构NC箱梁，所述UHPC-NC组合箱梁节段位于支座墩顶区域，其长度为4～12米，所述UHPC箱梁节段位于除UHPC-NC组合箱梁节段以外的区域。

进一步地，所述NC箱梁包括第一顶板、第一腹板、第一底板及第一横隔板，所述NC箱梁的第一顶板及第一腹板均为平板构件，所述NC箱梁的第一底板为矮肋板构件，所述NC箱梁的第一横隔板由第一顶板加劲肋、第一腹板加劲肋、第一底板加劲肋中的至少一种方式组成；

所述UHPC底板为矮肋板构件，所述NC箱梁置于所述UHPC底板上，所述UHPC底板与NC箱梁的第一底板通过UHPC底板预留钢筋连接成整体，且预留钢筋沿顺桥向和横桥向并列排布。

进一步地，所述UHPC底板为平板加纵肋组成的矮肋板构件，其中平板厚度为0.12m～1.50m，纵肋高度为0.10m～0.50m，纵肋上缘宽度为0.10m～0.30m，纵肋下缘宽度为0.12m～0.32m，相邻纵肋中心间距为0.30m～1.50m；

所述NC箱梁的第一顶板、第一腹板、第一底板及第一横隔板均为厚型构件，其中第一顶板厚0.25m～1.50m，第一腹板厚0.40m～2.50m，第一底板厚0.28m～2.50m，第一横隔板厚1.50m～4.00m。

进一步地，所述UHPC箱梁节段包括第二顶板、第二底板、第二腹板及第二横隔板，且所述第二顶板、第二腹板、第二底板和第二横隔板均为薄型构件，所述第二顶板和第二横隔板之间形成正交异性桥面体系。

进一步地，所述第二顶板为平板构件时，第二顶板厚度为0.12m～0.30m；所述第二顶板为矮肋板构件时，其面板厚0.08m～0.20m，纵肋高度为0.10m～0.30m，纵肋上缘宽度为0.12m～0.30m，纵肋下缘宽度为0.10m～0.28m，相邻纵肋中心间距为0.30m～1.50m；

所述第二腹板及第二底板均为平板构件，其中第二腹板厚度为0.12m～0.60m，第二底板厚度为0.12m～1.50m；所述第二横隔板厚度为0.12m～0.30m，沿纵桥向每隔2m～8m设置一道；所述第二横隔板由第二顶板加劲肋、第二腹板加劲肋、第二底板加劲肋中的至少一种方式组成，其高度为0.50m～1.50m。

进一步地，墩顶UHPC-NC组合箱梁节段两端设置有榫头或/和榫槽剪力键结构；所述UHPC箱梁节段的端面分别设置有榫头和榫槽剪力键结构，相邻两节段通过所述榫头和榫槽榫接。

进一步地，所述UHPC-NC组合箱梁节段和UHPC箱梁节段之间设置有过渡段，所述过渡段的主体材料为UHPC，所述过渡段两端的顶板、腹板厚度分别与相邻的UHPC-NC组合箱梁节段和UHPC箱梁节段的结构厚度对应相同；所述过渡段两端的底板厚度分别与UHPC-NC组合箱梁节段中的底板总厚度和UHPC箱梁节段底板厚度相同。

进一步地，所述预应力体系包括设置于所述UHPC-NC组合箱梁节段和UHPC箱梁节段的体内预应力结构和体外预应力结构，所述体内预应力结构和体外预应力结构的锚固、转向均位于对应的横隔板处。

进一步地，所述墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥为连续刚构桥桥型或连续梁桥桥型。

与现有技术相比，本实用新型提供的墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥，有益效果在于：

一、本实用新型提供的墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥，在墩顶采用UHPC-NC组合结构，其余梁段均采用UHPC箱梁结构。基于UHPC优异的力学性能，墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥可大幅减小板件厚度、降低上部结构重量、提高结构抵抗荷载效率、增大预应力混凝土梁桥跨径和提高结构耐久性；此外，上部结构重量大幅降低，可以减少下部结构工程量，尤其在地质情况较差的桥位处，可以降低下部结构造价；同时，在墩顶结构尺寸较大的位置采用NC材料，可以降低桥梁建设综合成本，具有良好的经济性。

二、本实用新型提供的墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥，预制结构均采用UHPC材料，可以实现预制结构的轻型化，使上部结构的预制、运输、安装更容易，这符合快速施工桥梁的理念；同时，墩顶大节段采用预制和现浇相结合的方法，可以降低吊装设备要求，减小施工风险；墩顶以外节段均为预制UHPC箱梁结构，采用悬臂拼装方式，大幅提升施工效率。

三、本实用新型提供的墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥，预制结构采用的UHPC材料弯曲抗拉强度可达20MPa以上，可以降低大跨箱梁桥的开裂风险；同时，UHPC预制结构(墩顶UHPC-NC组合结构的UHPC底板和UHPC箱梁节段)经高温蒸汽养护后期收缩可忽略不计，而徐变仅为普通混凝土的20％，能有效遏制在长期运营中主跨过度下挠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥的预应力束结构示意图；

图3为本实用新型墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥中墩顶UHPC-NC组合箱梁节段的结构示意图；

图4为本实用新型墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥中中UHPC箱梁节段的结构示意图；

图5为图4中UHPC箱梁节段的另一角度的结构示意图；

图6为本实用新型墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥中UHPC箱梁节段预应力布置示意图；

图7为本实用新型中墩顶UHPC-NC箱梁节段与UHPC箱梁节段、过渡段的结构示意图；

图8为图1中A-A处的剖视结构示意图；

图9为图1中B-B处的剖视结构示意图；

图10为图9中的A部放大图；

图11为图10中的C-C剖面结构示意图；

图12为图9中的B部放大图；

图13为图12中的D-D剖面结构示意图；

图14为图9中的C部放大图；

图15为图14中的E-E剖面结构示意图；

图16为本实用新型墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥实施例2的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。

实施例1

请结合参阅图1至图15，本实施例的墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥为连续梁桥桥型，跨径布置为60m+110m+60m，其包括桥墩1、UHPC-NC组合结构2、UHPC箱梁节段3、及预应力体系4、UHPC-NC组合结构2设置于墩顶区域，其长度为4-12m，UHPC箱梁节段3设置于除UHPC-NC组合结构以外的区域，预应力体系4在箱梁纵向采用体外预应力和体内预应力混合应力体系。本实施例中，UHPC的弯曲抗拉强度在20MPa以上，抗压强度在120MPa以上。

UHPC-NC组合结构2包括UHPC底板21和支撑于UHPC底板21的NC箱梁22，NC箱梁22包括第一顶板221、第一腹板222、第一底板223及第一横隔板224，且NC箱梁的第一顶板221及第一腹板222均为平板构件，NC箱梁的第一底板223为矮肋板构件，NC箱梁的第一横隔板224由第一顶板221加劲肋、第一腹板222加劲肋、第一底板223加劲肋中的至少一种方式组成。

本实施例中，UHPC底板21为矮肋板构件，NC箱梁22置于UHPC底板21上。具体的，UHPC底板21为预制板，NC箱梁22为现浇结构，UHPC底板21与NC箱梁22的第一底板223通过UHPC底板预留钢筋连接成整体，且预留钢筋沿顺桥向和横桥向并列排布。

本实施例中，UHPC底板21为平板加纵肋组成的矮肋板构件，其中平板厚度为0.12m～1.50m，纵肋高度为0.10m～0.50m，纵肋上缘宽度为0.10m～0.30m，纵肋下缘宽度为0.12m～0.32m，相邻纵肋中心间距为0.30m～1.50m。墩顶预制UHPC底板21采用该种结构尺寸既能作为现浇NC结构的底模板，又能确保施工中的刚度和稳定性。

NC箱梁22的第一顶板221、第一腹板222、第一底板223及第一横隔板224均为厚型构件，其中第一顶板221厚0.25m～1.50m，第一腹板222厚0.40m～2.50m，第一底板223厚0.28m～2.50m，第一横隔板224厚1.50m～4.00m。采用该结构尺寸，可以降低墩顶NC结构的应力，降低开裂风险；UHPC-NC组合箱梁节段2底部为UHPC带肋底板，上部为现浇NC节段；通过UHPC带肋底板预留钢筋连接成整体，预留钢筋沿顺桥向和横桥向并列排布，可以确保UHPC与NC之间共同受力。

本实施例中，UHPC箱梁节段3包括第二顶板31、第二底板32、第二腹板33及第二横隔板34，且第二顶板31、第二腹板33、第二底板32和第二横隔板34均为薄型构件，第二顶板31和第二横隔板34之间形成正交异性桥面体系。

其中，第二顶板31为平板构件时，第二顶板31厚度为0.12m～0.30m；第二顶板31为矮肋板构件时，其面板厚0.08m～0.20m，纵肋高度为0.10m～0.30m，纵肋上缘宽度为0.12m～0.30m，纵肋下缘宽度为0.10m～0.28m，相邻纵肋中心间距为0.30m～1.50m。本实施例中，第二顶板31为矮肋板构件。

第二腹板33及第二底板32均为平板构件，其中第二腹板33厚度为0.12m～0.60m，第二底板32厚度为0.12m～1.50m；第二横隔板34厚度为0.12m～0.30m，沿纵桥向每隔2m～8m设置一道；第二横隔板34由第二顶板31加劲肋、第二腹板33加劲肋、第二底板32加劲肋中的至少一种方式组成，其高度为0.50m～1.50m。

本实施例中，预应力体系4包括设于UHPC箱梁节段3的体外预应力束41和体内预应力束42。体内预应力束42埋置于第二顶板31和顶板的加劲肋中；体外预应力束41穿过第二横隔板34之间，通过体外束齿块43锚固。体外束齿块43嵌固于第二横隔板34之间并与第二腹板33内壁固结。进一步的，在该节段内还设置有预应力束转向块44，体外预应力束41通过预应力束转向块44转向，可以抵抗体外预应力束41转向产生的径向力。预应力束转向块44嵌固于第二横隔板34侧板，且其中一个面与箱梁内壁固结。

本实施例中，为了提高结构的稳定性，在UHPC-NC组合箱梁节段2和UHPC箱梁节段3之间设置有过渡段6。其中，过渡段6全采用UHPC材料，其两端的顶板、腹板厚度分别与相邻的UHPC-NC组合箱梁节段和UHPC箱梁节段的结构厚度对应相同；过渡段6靠近墩顶UHPC-NC组合箱梁节段一端的底板厚度与UHPC-NC组合箱梁节段中的UHPC底板和NC底板的总厚度相同，过渡段6靠近UHPC箱梁节段4一端的底板厚度与UHPC箱梁节段4的底板厚度一致。

本实施例中，墩顶HPC-NC组合箱梁节段2两端均设置有剪力键，其结构为榫槽52；UHPC箱梁节段3的两端同样设置有剪力键，其结构为榫头51，相邻两节段的交界面一侧为榫头51，另一侧为榫槽52，榫头51嵌套在榫槽52内实现相邻两节段的榫接。榫卯结构还可以为在HPC-NC组合箱梁节段2两端设置榫槽，对应地，在UHPC箱梁节段3的两端设置榫头。为了提高相邻两节段的连接牢固性，在其端面设置多个榫卯结构。剪力键是节段之间传递剪力的主要构件，采用榫卯结构可以增大节段之间的抗剪承载力。应用本实施例的节段拼装时，节段之间涂抹胶粘剂，形成胶接缝。

本实施例的墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥，施工方法包括如下步骤：

步骤S1，桩基和桥墩的施工；

步骤S2，在梁厂预制UHPC箱梁节段和UHPC-NC组合箱梁节段的UHPC底板；

步骤S3，在桥墩上安装墩顶UHPC-NC组合结构的UHPC底板，并在UHPC底板上方浇筑NC箱梁形成UHPC-NC组合箱梁节段，并对0#节段进行临时固结和进行预应力钢束张拉；

步骤S4，按照悬臂拼装、预应力钢束张拉的顺序，在已施工完成的节段两侧对称悬拼UHPC预制箱梁节段，并完成相应的预应力钢束张拉；

步骤S5，边跨UHPC箱梁节段和主跨部分UHPC箱梁节段先通过张拉部分预应力钢束形成一个整体，然后先架设连续箱梁桥的边跨UHPC整体箱梁节段，边跨合拢并进行剩余预应力钢束的张拉；再架设连续箱梁桥的主跨跨中UHPC箱梁节段，中跨合拢并在全桥跨度内进行预应力钢束张拉，中跨合拢前，拆除0#节段的临时固结；

步骤S6，完成连续箱梁桥的附属工程及桥面铺装。

实施例2

请结合参阅图16，为本实用新型墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥实施例2的结构示意图。本实施例的墩顶UHPC-NC组合结构UHPC连续箱梁桥为连续刚构桥，跨径布置为60m+110m+60m，其包括桥墩1、UHPC-NC组合箱梁节段2、UHPC箱梁节段3、预应力体系(未标号)，UHPC-NC组合箱梁节段2设置于墩顶0

与实施例1不同的是，本实施例的连续箱梁桥为连续刚构桥，其墩与0#节段固结，其他结构与实施例1相同，在此不做赘述。

本实施例的墩顶UHPC-NC组合结构新型UHPC连续箱梁桥，施工方法包括如下步骤：

步骤S1，先进行桩基和桥墩的施工；

步骤S2，在梁厂预制UHPC箱梁节段和墩顶UHPC-NC组合箱梁节段的UHPC底板；

步骤S3，在桥墩上安装墩顶UHPC-NC组合结构的UHPC底板，并在UHPC底板上方浇筑NC箱梁形成UHPC-NC组合箱梁节段，并对0

步骤S4，按照悬臂拼装、预应力钢束张拉的顺序，在已施工完成的节段两侧对称悬拼UHPC预制箱梁节段，并完成相应的预应力钢束张拉；

步骤S5，边跨UHPC箱梁节段和主跨跨中的UHPC箱梁节段分别通过张拉部分预应力钢束形成一个整体，然后先架设连续箱梁桥的边跨UHPC整体箱梁节段，边跨合拢并进行剩余预应力钢束的张拉；再架设连续箱梁桥的主跨跨中UHPC整体箱梁节段，中跨合拢并在全桥跨度内进行预应力钢束张拉；

步骤S6，完成所述连续箱梁桥的附属工程及桥面铺装。

以上对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本实用新型的保护范围之内。